KR20120131396A - Method of manufacturing Electrochromic layer containing Prussian blue for Electrochromic device and Method of manufacturing Thin film electrode comprising the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing an electrochromic layer containing prussian blue for the electrochromic device and a method for manufacturing a thin film electrode comprising the same are provided to improve stability, durability and color contrast ratio of the electrochromic layer. CONSTITUTION: Insoluble prussian blue nano particles are synthesized(S100). The prussian blue nano particles can be solved by increase in surface charges of prussian blue nano particles(S120). Sol coating solution is manufactured by mixing the prussian blue nano particles, binder and polar solvent(S140). The sol coating solution is coated on a flexible substrate(S160). Heat treatment is performed on the flexible substrate(S180). [Reference numerals] (AA) Start; (BB) End; (S100) Prussian blue nano particles are synthesized; (S120) The prussian blue nano particles can be solved by increase in surface charges of prussian blue nano particles; (S140) The sol coating solution is manufactured; (S160) The sol coating solution is coated on a flexible substrate; (S180) Thermal treatment is performed on substrate at low temperature

Description

프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층 제조방법 및 이를 포함하는 박막 전극의 제조방법{Method of manufacturing Electrochromic layer containing Prussian blue for Electrochromic device and Method of manufacturing Thin film electrode comprising the same}Method of manufacturing Electrochromic layer containing Prussian blue for Electrochromic device and Method of manufacturing Thin film electrode comprising the same}

본 발명은 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층 제조방법 및 이를 포함하는 박막 전극의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극성 용매에 대해 불용성인 합성 프루시안블루 나노 입자를 분산제 없이 바인더만으로 혼합하여 졸 코팅액을 제조하고 이를 투명 전극층이 형성된 기판 상에 도포한 후 저온 열처리하여 전기변색층을 제조하는 방법 및 상기의 단계를 포함하여 박막 전극을 롤투롤(roll to roll) 방식에 의해 제조함으로써 대면적 대량 생산이 가능하며, 우수한 색 대조비, 응답속도 및 내구성을 가지는 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrochromic layer for a prussian blue-containing electrochromic device and a method for manufacturing a thin film electrode including the same. More specifically, the synthetic prussian blue nanoparticles which are insoluble in a polar solvent may be prepared by using only a binder without a dispersant. By preparing a sol coating solution by mixing and applying it on a substrate on which a transparent electrode layer is formed, a low-temperature heat treatment to produce an electrochromic layer, and the thin film electrode by a roll to roll method comprising the above steps The present invention relates to a method for manufacturing a thin-film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device having a large-area mass production and having excellent color contrast ratio, response speed and durability.

윈도우 필름은 건물 또는 차량에 설치되어 창을 투과하는 자외선, 가시광선, 적외선 등 빛의 흐름을 제어하는 기능을 가지는 필름을 통칭하는 용어이다.Window film is a term for a film that is installed in a building or a vehicle and has a function of controlling the flow of light such as ultraviolet rays, visible rays, and infrared rays passing through a window.

상기와 같은 윈도우 필름은 금속 박막 등의 반사물질을 코팅하여 반사율을 조절하거나 또는 가시광선, 적외선을 흡수하는 흡광물질을 코팅하여 투과율을 조절할 수 있으며, 이 때, 상기의 반사율 또는 투과율은 반사물질 또는 흡광물질의 양에 의하여 고정된다. 따라서 필름을 교체하는 방법 이외에 사용자가 필요에 적합하게 반사율 또는 투과율을 조절하는 것이 불가능하다. The window film may adjust the reflectance by coating a reflective material such as a metal thin film or by coating a light absorbing material absorbing visible light or infrared light, and in this case, the reflectance or transmittance may be a reflective material or It is fixed by the amount of absorbing material. Therefore, in addition to the method of replacing the film, it is impossible for the user to adjust the reflectance or transmittance to suit the needs.

상기의 문제점에 대한 대안으로, 사용자가 계절, 시간에 따라 임의로 투과율을 조절할 수 있는 능동형 가변투과율 창이 시판되고 있으며, 이는 전기장에 의해 분자의 배열을 조절하는 액정(liquid crystal)과 부유 입자 장치(suspended particles device, SPD) 및 전자의 이동에 의한 산화-환원 반응시 물질의 색이 변화하는 전기변색 물질을 활용한 전기변색 소자로 나누어진다. As an alternative to the above problem, an active variable transmittance window, which allows the user to arbitrarily adjust the transmittance according to season and time, is commercially available, which is a liquid crystal and suspended particle device that controls the arrangement of molecules by an electric field. particles device (SPD) and the electrochromic device using the electrochromic material that changes the color of the material during the oxidation-reduction reaction by the movement of electrons.

액정과 부유 입자 장치(SPD)는 빛의 산란만을 전기적으로 조절하므로 파장에 따라 다양하게 색채를 변화할 수 없으나, 전기변색 소자의 경우 변색 물질에 따라 다양하게 투과율을 조절할 수 있음과 동시에 다양하게 색채를 변화할 수 있는 이점이 있다. The liquid crystal and the suspended particle device (SPD) electrically control only the scattering of light, so that the color cannot be varied depending on the wavelength. However, in the case of the electrochromic device, the transmittance can be varied according to the color change material and the color can be varied. There is an advantage that can change.

한편, 최근 증가하는 고층형 주거지 또는 사무실 빌딩 등은 벽면의 대부분을 유리창으로 구성하는 경향이 있으며, 상기의 유리창은 태양광의 투과율을 조절하기 위하여 고정형 반사 또는 투과 필름을 유리창의 표면에 코팅한다. 그러나 경관에 대한 조망, 계절 또는 시차에 따른 에너지의 효율적인 사용 등의 목적에 기인하여 자연광의 투과를 자유롭게 조절할 수 있는 전기변색 유리창에 대한 사용이 증가하고 있으며, 이에 대한 관심 또한 크게 고조되고 있는 추세이다. 그러나 현재 상품화되어 있는 전기변색 유리창은 제조공정상의 어려움으로 인하여 매우 고가이며, 국내제품은 출시되지 못하는 실정이다.On the other hand, recently increasing high-rise residential or office building tends to configure the majority of the wall surface of the glass window, the glass window is coated with a fixed reflective or transmissive film on the surface of the glass window in order to control the transmittance of sunlight. However, due to the purpose of view of landscape, efficient use of energy according to season or time difference, the use of electrochromic glass windows that can freely control the transmission of natural light is increasing, and interest in this is also increasing. . However, currently commercialized electrochromic glass windows are very expensive due to difficulties in the manufacturing process, domestic products are not available.

상기의 전기변색 유리창은 전도성 투명전극층이 도포된 두 유리창 사이에 제1 전기변색 물질층, 전해질층, 제2 전기변색 물질층이 샌드위치 형태로 개재된 소자의 일종이다. 상기의 전기변색 물질층을 구성하는 전기변색 물질은 환원착색형 물질 및 산화착색형 물질로 분류되는 바, 환원착색형 물질로는 대표적으로 WO3, Nb2O5, MoO3 또는 TiO2 와 같은 무기 금속 산화물 및 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 또는 폴리사이오펜(polythiophen)과 같은 유기고분자 물질을 들 수 있으며, 산화착색형 물질로는 대표적으로 프루시안블루(prussian blue), 상기 프루시안블루에 금속이 치환된 프루시안블루 유사체, IrO2 또는 NiO을 들 수 있다.The electrochromic glass window is a kind of device in which a first electrochromic material layer, an electrolyte layer, and a second electrochromic material layer are sandwiched between two glass windows coated with a conductive transparent electrode layer. The electrochromic material constituting the electrochromic material layer is classified into reducing and oxidative coloring materials, and the reducing coloring materials are typically WO 3 , Nb 2 O 5 , and MoO 3. Or inorganic metal oxides such as TiO 2 and organic polymer materials such as polyaniline, polypyrrole or polythiophene. Examples of the oxidatively colored materials include prussian blue. And Prussian blue analogues in which a metal is substituted for the Prussian blue, IrO 2 or NiO.

상기 프루시안블루는 Fe4 III[FeII(CN)6]3의 화학식을 가지며, 진한 청색을 띠고, 결합된 철이 환원되면 Fe4 II[FeII(CN)6]3가 되며, 무색 투명해지는 특성을 가진다. 이러한 프루시안블루를 박막 형태로 기판 상에 증착하기 위하여 일반적으로 전기 화학적 증착 방법을 수행하며, 이 중 하나로 페리시안화포타슘(K3Fe(CN)6)과 염화철()(FeCl3) 용액을 사용하여 증착하고자 하는 작업전극과 상대전극 사이에 일정한 환원전류를 흘려줌으로써 페리시안화 이온([Fe(CN)6]3-)을 페로시안화 이온([Fe(CN)6]4-)으로 환원시킴과 동시에 철() 이온과 결합시켜 전극 표면에 증착하는 기술이 미국 등록특허 제4498739호, 제4818352호 및 제5215821호에 개시되어 있다.The Prussian blue has a chemical formula of Fe 4 III [Fe II (CN) 6 ] 3 , and has a dark blue color. When the combined iron is reduced, Fe 4 II [Fe II (CN) 6 ] 3 becomes colorless and transparent. Has characteristics. In order to deposit the Prussian blue on a substrate in a thin film form, an electrochemical deposition method is generally performed. Among them, a solution of potassium ferricyanide (K 3 Fe (CN) 6 ) and iron chloride () (FeCl 3 ) is used. To reduce the ferricyanide ions ([Fe (CN) 6 ] 3- ) to ferrocyanide ions ([Fe (CN) 6 ] 4- ) by flowing a constant reduction current between the working electrode and the counter electrode to be deposited. Techniques for simultaneously depositing on the surface of an electrode in combination with iron () ions are disclosed in US Pat. Nos. 4,449,39,4818352 and 5215821.

그러나 상기의 전기 화학적 증착 방법은 공정상 복잡한 전기 화학적 장치가 필요하며, 전해질 용액에 담지되는 기판의 일정 면적에만 증착이 가능하므로 연속적인 증착이 불가능하고, 증착하고자 하는 작업전극의 면적에 따라 상대 전극의 크기도 동시에 변화시켜야 하는 제약이 있었다. 또한 상기의 방법으로 증착된 프루시안블루 박막은 결정성 및 밀도가 낮아 산화-환원 사이클에 따른 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.However, the electrochemical deposition method requires a complicated electrochemical device in the process, and since it is possible to deposit only a predetermined area of the substrate supported on the electrolyte solution, continuous deposition is impossible, and the counter electrode according to the area of the working electrode to be deposited There was also a constraint that the size of was changed at the same time. In addition, the Prussian blue thin film deposited by the above method has a low crystallinity and a low density, which causes a problem of deterioration in durability due to an oxidation-reduction cycle.

또한 이러한 전기화학적 방법 이외에 프루시안블루 안료를 고분자 바인더에 혼합하여 용매를 분산시켜 적절한 점도의 졸 코팅액을 제조하고, 바 코팅, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅 등 다양한 코팅법을 사용하여 상기 용액을 기판에 코팅한 후, 용매를 제거하여 박막을 형성하는 습식코팅법(wet coating)이 있다. 상기의 방법으로 제조되는 박막의 경우 헤이즈(haze)가 관찰되지 않도록 투명성이 확보되기 위하여 안료가 나노 크기로 고르게 분산되어야 하며, 충분한 다공질의 고분자 바인더를 사용하여 산화-환원에 따른 이온의 이동이 용이하여야 한다.In addition to the electrochemical method, the Prussian blue pigment is mixed with a polymer binder to disperse a solvent to prepare a sol coating liquid having an appropriate viscosity, and the solution may be prepared by various coating methods such as bar coating, spin coating, dip coating, and spray coating. After coating on a substrate, there is a wet coating method in which a solvent is removed to form a thin film. In the case of the thin film manufactured by the above method, the pigment should be uniformly dispersed in nano size in order to ensure transparency so that haze is not observed, and it is easy to move ions due to oxidation-reduction using a sufficient porous polymer binder. shall.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-0740324호에 불용성의 프루시안블루를 유기 고분자 분산제 및 안료와 함께 유기 용매에 분산시키고, 고분자 바인더를 혼합하여 코팅액을 제조한 후, 이를 이용하여 다양한 습식코팅법으로 프루시안블루 박막을 전도성 투명 기판 상에 형성하는 기술이 개시되어 있다. In this regard, in Korean Patent No. 10-0740324, insoluble Prussian blue is dispersed in an organic solvent with an organic polymer dispersant and a pigment, a polymer binder is mixed to prepare a coating solution, and then various wet coating methods are used therein. As a result, a technique of forming a Prussian blue thin film on a conductive transparent substrate is disclosed.

그러나 상기 방법의 코팅액은 불용성의 프루시안블루가 용매에서 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위하여 아크릴계 분산제를 상당한 비율로 혼합하는 바, 이로 인하여 전체 박막의 두께당 프루시안블루의 함량비가 상대적으로 감소하게 된다. 따라서 착탈색 시에 적절한 색 대조비를 유지하기 위하여 박막의 두께를 두껍게 형성하여야 하며, 상기와 같이 박막의 두께를 두껍게 형성할수록 착탈색 시간이 증가하는 문제점이 있었다. 또한 유기고분자 분산제로 인하여 산화-환원 과정을 거치는 동안 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.However, the coating solution of the above method is to mix the acrylic dispersant in a significant ratio in order to ensure that insoluble Prussian blue is uniformly dispersed in the solvent, thereby reducing the content ratio of Prussian blue per thickness of the entire thin film relatively. . Therefore, in order to maintain an appropriate color contrast ratio during decolorization, the thickness of the thin film should be formed thick. As described above, the thickness of the thin film has a problem in that decolorization time increases. In addition, due to the organic polymer dispersant there is a problem that the durability is reduced during the oxidation-reduction process.

이에 본 발명의 제1 목적은 산화착색형 물질인 프루시안 블루가 함유된 박막을 대면적으로 유연성 기판 상에 증착시키기 위하여 일정한 크기를 가지는 프루시안블루 나노 입자를 합성하고, 상기 프루시안블루 나노 입자를 안정성과 이온전도성이 우수한 알콕시실란계 바인더만으로 혼합하여 졸 코팅액을 제조하며, 상기 졸 코팅액으로 유연성 기판을 코팅한 후 저온 열처리함으로써 투명성이 확보되고 산화-환원 사이클 내구성이 매우 우수한 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, a first object of the present invention is to synthesize a Prussian blue nanoparticles having a predetermined size in order to deposit a thin film containing the Prussian blue, which is an oxidatively colored material on a flexible substrate, and the Prussian blue nanoparticles. Is prepared by mixing only alkoxysilane-based binders having excellent stability and ion conductivity, and coating a flexible substrate with the sol coating solution and then performing low temperature heat treatment to ensure transparency and have excellent redox cycle durability. The present invention provides a method of manufacturing an electrochromic layer for a color changing device.

또한 본 발명의 제2 목적은 상기의 전기변색층을 제조하는 단계를 포함하는 박막 전극을 롤투롤(roll to roll) 방식에 의해 제조함으로써 대면적 대량 생산이 가능하며, 우수한 색 대조비, 응답속도 및 내구성을 가지는 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, the second object of the present invention is to manufacture a thin film electrode including the step of manufacturing the electrochromic layer by a roll to roll (roll to roll) method to enable large-scale mass production, excellent color contrast ratio, response speed and It is to provide a manufacturing method of a thin-film electrode for prussian blue-containing electrochromic device having durability.

상기의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 불용성 프루시안블루 나노 입자를 합성하는 단계, 상기 합성된 불용성 프루시안블루 나노 입자의 표면전하를 증가시켜 극성 용매에서의 가용성을 부여하는 단계, 상기 가용성이 부여된 프루시안블루 나노 입자를 바인더 및 극성 용매와 혼합하여 졸 코팅액을 제조하는 단계, 상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계 및 상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above first object, the step of synthesizing insoluble Prussian blue nanoparticles, increasing the surface charge of the synthesized insoluble Prussian blue nanoparticles to impart solubility in a polar solvent, the Preparing a sol coating solution by mixing soluble Prussian blue nanoparticles with a binder and a polar solvent, applying the sol coating solution on a flexible substrate having a transparent electrode layer, and heat-treating the flexible substrate coated with the sol coating solution. Characterized in that it comprises a step.

또한, 상기의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유연성 기판을 제공하는 단계, 상기 유연성 기판 상에 투명 전극층을 형성하는 단계 및 상기 투명 전극층 상에 전기변색층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전기변색층은 프루시안블루 나노입자가 포함된 졸 코팅액을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention for achieving the second object includes the steps of providing a flexible substrate, forming a transparent electrode layer on the flexible substrate and forming an electrochromic layer on the transparent electrode layer, The electrochromic layer is formed using a sol coating liquid containing Prussian blue nanoparticles.

본 발명에 의한 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층 제조방법은 전기변색층 형성을 위한 졸 코팅액 제조시 분산제를 사용하지 않음으로써 간단하고 용이하게 색 대조비가 높고 안정성과 내구성이 뛰어난 전기 변색 소자용 전기변색층을 제조할 수 있는 효과가 있다. Electrochromic layer manufacturing method for a Prussian blue-containing electrochromic device according to the present invention is simply and easily by using a dispersant when preparing a sol coating liquid for forming an electrochromic layer, high color contrast ratio, electrochromic device excellent in stability and durability There is an effect that can be produced for the electrochromic layer.

또한 상기 전기변색층을 포함하는 박막 전극의 제조방법은 롤투롤 형태의 연속 공정을 수행함으로써 짧은 시간에 균일한 대면적의 전기 변색 소자용 박막 전극을 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the method of manufacturing a thin film electrode including the electrochromic layer has an effect of manufacturing a thin film electrode for an electrochromic device having a uniform large area in a short time by performing a roll-to-roll type continuous process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프루시안블루 나노입자를 포함한 전기변색 소자용 박막 전극의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 일 실시예에 따른 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.
도 3은 실시예 1을 통해 각각의 합성 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자 및 시판되는 프루시안블루 나노 입자의 XRD 패턴들을 나타내는 도면이다.
도 4a는 실시예 1을 통해 0의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.
도 4b는 실시예 1을 통해 25의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.
도 4c는 실시예 1을 통해 50의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.
도 4d는 실시예 1을 통해 80의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.
도 4e는 시판되는 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.
도 5는 실시예 1을 통해 합성된 프루시안블루 나노 입자 및 시판되는 프루시안블루 나노 입자의 TGA 그래프이다.
도 6는 실시예 3을 통해 제조된 프루시안블루 함유 박막의 SEM 이미지이다.
도 7은 비교예를 통해 제조된 프루시안블루 함유 박막의 SEM 이미지이다.
도 8a는 실시예 3을 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.
도 8b는 실시예 3을 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 비수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.
도 9a는 실시예 4를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.
도 9b는 실시예 4를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 비수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.
도 10a는 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.
도 10b는 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 비수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.
도 11은 실시예 3, 4 및 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극에 스위칭 스텝 전위(switching step potential)를 각각 인가하였을 경우의 산화 및 환원 전류의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예 3, 4 및 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 스위칭 전위(switching potential) 변화에 따른 최대흡광 파장에서의 광투과율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13은 실시예 3을 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극에 각각 스위칭 스텝 전위(switching step potential)를 인가하였을 경우 스위칭 전위(switching potential)의 순환 횟수에 따른 최대흡광 파장에서 측정된 광투과율의 최대값과 최소값의 변화를 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic cross-sectional view of a thin film electrode for an electrochromic device including prussian blue nanoparticles according to an exemplary embodiment of the present invention.
2A is a process flowchart illustrating a method of manufacturing an electrochromic layer for a prussian blue-containing electrochromic device according to an exemplary embodiment of the present invention.
2B is a process flowchart illustrating a method of manufacturing an electrochromic layer for a Prussian blue-containing electrochromic device according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating XRD patterns of Prussian blue nanoparticles and commercially available Prussian blue nanoparticles synthesized at respective synthesis temperatures through Example 1. FIG.
4A is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of zero through Example 1. FIG.
4B is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 25 through Example 1. FIG.
4C is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 50 through Example 1. FIG.
4D is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 80 through Example 1. FIG.
4E is a TEM image of commercially available Prussian blue nanoparticles.
FIG. 5 is a TGA graph of Prussian blue nanoparticles synthesized through Example 1 and commercially available Prussian blue nanoparticles.
FIG. 6 is an SEM image of a Prussian blue-containing thin film prepared through Example 3. FIG.
FIG. 7 is an SEM image of a Prussian blue-containing thin film prepared through a comparative example. FIG.
FIG. 8A is a cyclic voltammogram of a water-soluble electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 3. FIG.
FIG. 8B is a cyclic voltammogram of a non-aqueous electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 3. FIG.
FIG. 9A is a cyclic voltammogram of a water-soluble electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 4. FIG.
FIG. 9B is a cyclic voltammogram of a non-aqueous electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 4. FIG.
FIG. 10A is a cyclic voltammogram of a water-soluble electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through a comparative example. FIG.
FIG. 10B is a cyclic voltammogram of a non-aqueous electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through a comparative example.
FIG. 11 illustrates changes in time of oxidation and reduction currents when switching step potentials are applied to the thin film electrodes for the Prussian blue-containing electrochromic devices manufactured according to Examples 3, 4, and Comparative Examples. It is a graph.
FIG. 12 is a graph illustrating changes in light transmittance at maximum absorption wavelengths according to switching potentials of the thin film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Examples 3, 4 and Comparative Examples.
13 is measured at the maximum absorption wavelength according to the number of cycles of switching potential when switching step potential is applied to the thin film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device manufactured in Example 3, respectively It is a graph showing the change of the maximum value and the minimum value of the transmitted light transmittance.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프루시안블루 나노입자를 포함한 전기변색 소자용 박막 전극의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a thin film electrode for an electrochromic device including prussian blue nanoparticles according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의해 제작된 프루시안 블루 함유 전기변색 소자용 박막은 유연성 기판(100), 상기 유연성 기판(100) 상에 형성된 투명전극층(200), 상기 투명전극층 상에 형성된 전기변색층(300)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a thin film for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured according to the present invention may include a flexible substrate 100, a transparent electrode layer 200 formed on the flexible substrate 100, and an electrical formed on the transparent electrode layer. The color change layer 300 is included.

상기 구조를 가지는 전기변색 소자용 전극은 전해질 용액 또는 고분자 전해질을 사이에 두고 상대전극과 함께 전기변색 소자를 구성하여 전기를 인가하였을 때 산화-환원 반응을 일으켜 착색 및 탈색되는 역할을 수행한다.The electrode for the electrochromic device having the above structure plays a role of coloring and decolorizing by causing an oxidation-reduction reaction when electricity is applied by forming an electrochromic device together with a counter electrode with an electrolyte solution or a polymer electrolyte therebetween.

상기 유연성 기판(100)은 PET(polyethylenephthalate), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone) 및 PC(polycarbonate) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 70℃ 내지 130℃에서의 열처리시 변형이 일어나지 않으며, 산소 투과율이 낮은 기판이라면 어느 것이든 사용할 수 있다. The flexible substrate 100 may be any one selected from polyethylenephthalate (PET), polyethylenenaphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), and polycarbonate (PC), but is not limited thereto. Any substrate can be used as long as it does not cause deformation and has a low oxygen transmission rate.

또한 상기 투명 전극층(200)은 5Ω/□내지 100Ω/□ 범위 내의 면저항을 가지는 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine-doped tin oxide) 필름을 사용할 수 있으며, 면저항이 증가하면 대면적일수록 전기변색 속도가 감소하여 실용성에 제한이 있을 수 있으므로, 상기의 면저항은 가급적 낮은 값을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the transparent electrode layer 200 may use an indium tin oxide (ITO) or a fluorine-doped tin oxide (FTO) film having a sheet resistance within a range of 5Ω / □ to 100Ω / □, and as the sheet resistance increases, the electrochromic color becomes larger. Since the speed may be reduced and practicality may be limited, the sheet resistance is preferably as low as possible.

상기 전기변색층(300)은 산화착색형 물질인 프루시안블루 나노입자가 균일하게 혼합된 졸 코팅액을 사용하여 형성한다. 이 때, 졸 코팅액은 프루시안블루 나노 입자 2 내지 10 중량부, 바인더 5 내지 10 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.The electrochromic layer 300 is formed using a sol coating solution in which Prussian blue nanoparticles, which are oxidatively colored materials, are uniformly mixed. At this time, it is preferable that the sol coating liquid contains 2 to 10 parts by weight of the Prussian blue nanoparticles and 5 to 10 parts by weight of the binder.

상기 바인더는 유기바인더, 무기바인더 및 유-무기 하이브리드 바인더를 사용할 수 있으나, 유-무기 하이브리드 바인더의 일종인 알콕시실란계 바인더를 사용함으로써 산화-환원 순환 내구성이 뛰어난 박막을 제조할 수 있다. 이 때, 알콕시실란계 바인더는 실란 화합물을 전구체로 사용하며, 상기 실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페틸이메톡시실란 및 데실트리메톡시실란 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.The binder may be an organic binder, an inorganic binder, or an organic-inorganic hybrid binder, but by using an alkoxysilane-based binder, which is a kind of an organic-inorganic hybrid binder, a thin film having excellent redox circulation durability may be manufactured. At this time, the alkoxysilane-based binder uses a silane compound as a precursor, and the silane compound is tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxy It may be at least one selected from silane, phenyltrimethoxysilane, difetylimemethoxysilane and decyltrimethoxysilane.

도 2a는 본 발명에 따른 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층 제조방법을 설명하는 흐름도이다.Figure 2a is a flow chart illustrating a method for producing an electrochromic layer for a Prussian blue-containing electrochromic device according to the present invention.

도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층은, 불용성 프루시안블루(PB) 나노 입자를 합성하는 단계(S100), 상기 합성된 불용성 프루시안블루(PB) 나노 입자의 표면전하를 증가시켜 극성 용매에서의 가용성을 부여하는 단계(S120), 상기 가용성이 부여된 프루시안블루(PB) 나노 입자를 바인더 및 극성 용매와 혼합하여 졸 코팅액을 제조하는 단계(S140), 상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계(S160) 및 상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판을 열처리하는 단계(S180)를 거쳐 제조된다.Referring to Figure 2a, the electrochromic layer for Prussian blue-containing electrochromic device according to the present invention, the step of synthesizing insoluble Prussian blue (PB) nanoparticles (S100), the synthesized insoluble Prussian blue (PB) Increasing the surface charge of the nanoparticles to impart solubility in a polar solvent (S120), and preparing a sol coating solution by mixing the solubility-provided Prussian blue (PB) nanoparticles with a binder and a polar solvent (S140). ), The step of applying the sol coating solution on a flexible substrate having a transparent electrode layer (S160) and the step of heat-treating the flexible substrate on which the sol coating liquid is applied (S180).

먼저, 온도가 일정하게 유지되고 교반되는 페로시안화 이온([Fe(CN)6]4-)이 포함된 제1 시약에 철 이온(Fe3+)이 포함된 제2 시약을 첨가하여 침전되는 물질을 여과한 후, 수차례의 세척 과정을 거쳐 프루시안블루(PB) 나노 입자를 합성한다(S100). First, a substance is precipitated by adding a second reagent containing iron ions (Fe 3+ ) to the first reagent containing the ferrocyanide ions ([Fe (CN) 6 ] 4- ) that are kept at a constant temperature and stirred After filtration, through the washing process several times to synthesize the Prussian blue (PB) nanoparticles (S100).

이 때, 상기 제1 시약은 페로시안화포타슘(K4Fe(CN)6), 페로시안화나트륨(Na4Fe(CN)6) 또는 페로시안화암모늄(NH4Fe(CN)6)을 사용할 수 있으며, 상기 제2 시약은 염화철(FeCl3), 과염소산철(Fe(ClO4)3) 또는 질산철(Fe(NO3)3)을 사용할 수 있다. At this time, the first reagent may be used potassium ferrocyanide (K 4 Fe (CN) 6 ), sodium ferrocyanide (Na 4 Fe (CN) 6 ) or ammonium ferrocyanide (NH 4 Fe (CN) 6 ) The second reagent may be iron chloride (FeCl 3 ), iron perchlorate (Fe (ClO 4) 3 ) or iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ).

상기 프루시안블루(PB) 나노 입자는 10nm 내지 30nm의 크기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 입자의 크기가 10nm 미만이거나 30nm를 초과하는 경우 분산성이 저하되어 균일한 박막을 형성하기 어렵다. 또한, 상기 프루시안블루(PB) 나노 입자 합성 과정에서, 페로시안화 이온([Fe(CN)6]4-)이 포함된 제1 시약과 철 이온(Fe3+)이 포함된 제2 시약을 0.3mol : 0.4mol의 몰비로 혼합하여 침전시킬 때, 온도를 조절하여 크기를 제어할 수 있다. The Prussian blue (PB) nanoparticles preferably have a size of 10nm to 30nm. If the particle size is less than 10nm or more than 30nm, the dispersibility is lowered and it is difficult to form a uniform thin film. In addition, in the process of synthesizing the Prussian blue (PB) nanoparticles, a first reagent containing ferrocyanide ions ([Fe (CN) 6 ] 4- ) and a second reagent containing iron ions (Fe 3+ ) are prepared. When precipitated by mixing in a molar ratio of 0.3mol: 0.4mol, the size can be controlled by adjusting the temperature.

이후, 불용성의 합성 프루시안블루(PB) 나노 입자에 극성 용매에서의 가용성을 부여하기 위하여 100 중량부의 나노 입자당 10 내지 15 중량부의 표면착화제와 극성 용매를 첨가하여 수용액에서 초음파분산 및 교반한 후 용매를 제거하고 건조시켜 가용성의 합성 프루시안블루(PB) 나노 입자를 제조한다(S120). Thereafter, in order to impart solubility in the polar solvent to the insoluble synthetic Prussian blue (PB) nanoparticles, 10 to 15 parts by weight of the surface complexing agent and the polar solvent were added per 100 parts by weight of the nanoparticles, followed by ultrasonic dispersion and stirring in an aqueous solution. After removing the solvent and dried to prepare a soluble synthetic Prussian blue (PB) nanoparticles (S120).

상기 표면착화제는 페로시안화포타슘(K4Fe(CN)6), 페로시안화나트륨(Na4Fe(CN)6) 또는 페로시안화암모늄(NH4Fe(CN)6)을 사용하여 상기 프루시안블루(PB)입자의 표면이 (-)전하를 띠도록 개질할 수 있으며, 또는 염화철(FeCl3), 과염소산철(Fe(ClO4)3) 또는 질산철(Fe(NO3)3)을 사용하여 상기 프루시안블루(PB)입자의 표면이 (+)전하를 띠도록 개질할 수 있다. 이를 통하여 극성 용매에 대한 입자끼리의 뭉침현상을 방지할 수 있다.The surface complexing agent is the Prussian blue using potassium ferrocyanide (K 4 Fe (CN) 6 ), sodium ferrocyanide (Na 4 Fe (CN) 6 ) or ammonium ferrocyanide (NH 4 Fe (CN) 6 ) The surface of the (PB) particles can be modified to have a negative charge, or by using iron chloride (FeCl 3 ), iron perchlorate (Fe (ClO 4) 3 ) or iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ). The surface of the Prussian blue (PB) particles can be modified to carry a (+) charge. Through this, the agglomeration of particles with respect to the polar solvent can be prevented.

이 때, 첨가되는 표면착화제의 양이 상기 10 중량부 미만인 경우 가용성이 저하되고, 15 중량부를 초과하는 경우 여분의 표면착화제로 인하여 프루시안블루(PB) 나노 입자의 산화-환원 특성이 저하된다. 상기의 과정을 통하여 불용성 프루시안블루(PB) 나노 입자의 표면 전하를 증가시켜 가용성의 프루시안블루(PB) 나노 입자를 생성할 수 있다. 또한 극성 용매에서 불용성인 것을 가용성으로 변환하여 사용하므로, 별도의 분산제가 필요치 않은 이점이 있다. In this case, when the amount of the surface complexing agent added is less than 10 parts by weight, the solubility is lowered. When the amount of the surface complexing agent is more than 15 parts by weight, the redox property of the Prussian blue (PB) nanoparticles is lowered due to the excess surface complexing agent. . Through the above process, the surface charge of the insoluble Prussian blue (PB) nanoparticles may be increased to generate soluble Prussian blue (PB) nanoparticles. In addition, since the insoluble in the polar solvent is used to convert to soluble, there is an advantage that does not require a separate dispersant.

이후, 상기 가용성이 부여된 프루시안블루 나노 입자를 바인더 및 극성 용매와 혼합하여 졸 코팅액을 제조한다(S140). 상기 졸 코팅액을 제조하기 위하여 합성한 가용성 프루시안블루 나노 입자를 극성 용매에 넣고 교반하여 고르게 용해시킨 후 5 내지 15 중량부의 바인더를 첨가하여 균일 혼합액을 제조한다. Thereafter, the soluble Prussian blue nanoparticles are mixed with a binder and a polar solvent to prepare a sol coating solution (S140). In order to prepare the sol coating solution, the synthesized soluble Prussian blue nanoparticles are added to a polar solvent, stirred and evenly dissolved, and then 5 to 15 parts by weight of a binder is added to prepare a homogeneous mixed solution.

상기의 균일 혼합액에 0.003 내지 0.02 중량부의 1M HCl 무기산을 첨가하여 십 수시간 교반하고, 가수분해시켜 졸 코팅액을 제조한다. 이 때, 가수분해 시간은 10시간 내지 20시간이 바람직하며, 10시간 미만인 경우 다공성 산화규소가 형성되는 시간이 짧아 균일하게 코팅이 되지 않거나 또는 부착력이 저하되고, 20시간을 초과하는 경우 코팅액의 점도가 과도하게 증가하여 코팅이 불가능해지는 단점이 있다.0.003 to 0.02 parts by weight of 1M HCl inorganic acid is added to the homogeneous mixed solution, stirred for several hours, and hydrolyzed to prepare a sol coating solution. In this case, the hydrolysis time is preferably 10 hours to 20 hours, and if less than 10 hours, the porous silicon oxide is shortly formed so that the coating is not uniformly applied or the adhesion decreases, and the viscosity of the coating liquid is greater than 20 hours. There is a disadvantage that excessively increased coating is impossible.

상기 졸 코팅액 내의 바인더 및 프루시안블루 나노 입자에 대한 용매의 비율은 형성되는 프루시안블루 함유 박막의 두께에 영향을 미친다. 바인더 및 프루시안블루 나노 입자 10 중량부에 용매 100 중량부의 비율로 제조된 졸 코팅액으로 박막을 형성한 경우 두께는 약 300nm이다. 이 때, 용매의 비율이 증가하면 박막의 두께는 감소하고, 이와 반대로 용매의 비율이 감소하면 박막의 두께는 증가한다. The ratio of the solvent to the binder and the Prussian blue nanoparticles in the sol coating solution affects the thickness of the formed Prussian blue containing thin film. When the thin film was formed from the sol coating solution prepared in a ratio of 100 parts by weight of the binder and 10 parts by weight of the prussian blue nanoparticles, the thickness was about 300 nm. At this time, when the proportion of the solvent increases, the thickness of the thin film decreases. On the contrary, when the proportion of the solvent decreases, the thickness of the thin film increases.

또한, 바인더에 대한 프루시안블루 나노 입자의 함량비는 높을수록 동일한 두께의 박막에서 높은 색 대조비를 얻을 수 있으나, 상기 프루시안블루 나노 입자의 함량비가 과도하게 높아지는 경우 코팅성이 저하되며, 박막 형성이 어렵다. In addition, the higher the content ratio of the Prussian blue nanoparticles to the binder, the higher the color contrast ratio can be obtained in the thin film of the same thickness, but when the content ratio of the Prussian blue nanoparticles is excessively high, the coating properties are reduced, the thin film formation This is difficult.

이 때, 상기 바인더는 유기바인더, 무기바인더 및 유-무기 하이브리드 바인더를 사용할 수 있으나, 유-무기 하이브리드 바인더의 일종인 알콕시실란계 바인더를 사용함으로써 산화-환원 순환 내구성이 뛰어난 박막을 제조할 수 있다. 상기 알콕시실란계 바인더는 실란 화합물을 전구체로 사용하며, 상기 실란 화합물은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페틸이메톡시실란 및 데실트리메톡시실란 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. In this case, the binder may be an organic binder, an inorganic binder and an organic-inorganic hybrid binder, but by using an alkoxysilane-based binder which is a kind of organic-inorganic hybrid binder, a thin film having excellent redox circulation durability may be manufactured. . The alkoxysilane-based binder uses a silane compound as a precursor, and the silane compound may be tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, At least one selected from phenyltrimethoxysilane, difetylimemethoxysilane, and decyltrimethoxysilane.

상기의 실란 화합물을 전구체로 사용하여 극성 용매에서 산 가수분해에 의해 형성되는 산화규소 졸(SiO2 sol)을 0.5cP 내지 20cP 범위의 점도로 합성하여 사용할 수 있다. 이 때, 상기 극성 용매는 수용성 무기용매 또는 수용성 유기용매일 수 있으며, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 에틸렌글리콜, 아세토니트릴을 포함하는 알코올류 및 니트릴류 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. Using the above silane compound as a precursor, a silicon oxide sol (SiO 2 sol) formed by acid hydrolysis in a polar solvent may be synthesized and used at a viscosity in the range of 0.5 cP to 20 cP. In this case, the polar solvent may be a water-soluble inorganic solvent or a water-soluble organic solvent, may be at least one selected from alcohols and nitriles including water, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, acetonitrile.

상기 가수분해는 산과 염기에서 모두 가능하나, 염기 조건에서는 상기 바인더로 인하여 프루시안블루 나노 입자가 분해되기 때문에 산 조건에서 가수분해되는 것이 바람직하다.The hydrolysis is possible in both acid and base, but in the basic condition, since the Prussian blue nanoparticles are decomposed by the binder, the hydrolysis is preferable in the acid condition.

이후, 상기의 과정을 통하여 제조된 졸 코팅액을 투명전극층(200)이 형성된 유연성 기판(100) 상에 도포한다(S160). 이 때 대면적으로 도포할 수 있는 롤투롤 방식의 코팅법을 이용할 수 있다. 예컨대, 바코팅(bar-coating), 스프레이 코팅(spray-coating), 그라비아 코팅(gravure-coating) 및 마이크로 그라비아 코팅(microgravure-coating) 중에서 선택되는 어느 하나를 사용하여 도포할 수 있다.Thereafter, the sol coating solution prepared through the above process is applied onto the flexible substrate 100 on which the transparent electrode layer 200 is formed (S160). At this time, it is possible to use a roll-to-roll coating method that can be applied to a large area. For example, it can be applied using any one selected from bar-coating, spray-coating, gravure-coating and microgravure-coating.

이후, 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판(100)을 저온 열처리한다(S180). 상기의 코팅 공정을 통하여 투명 전극층(200)이 형성된 유연성 기판(100) 상에 졸 코팅액을 도포하고, 상온에서 용매 건조 후 70℃ 내지 130℃에서 1 내지 10분간 열처리하여 전기변색층(300)을 형성함으로써 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극을 제작한다.Thereafter, the flexible substrate 100 to which the sol coating liquid is applied is subjected to low temperature heat treatment (S180). The sol coating solution is applied onto the flexible substrate 100 on which the transparent electrode layer 200 is formed through the above coating process, and after drying the solvent at room temperature, the electrochromic layer 300 is heat-treated at 70 ° C. to 130 ° C. for 1 to 10 minutes. By forming, the thin-film electrode for a prussian blue containing electrochromic element is produced.

한편, 상기의 방법 외에 불용성의 합성 프루시안블루 나노 입자를 표면착화제 및 극성 용매와 볼-밀링(ball-milling)을 수행하여 수일간 분산시켜 분산액을 제조한 후, 직접 바인더와 혼합함으로써 졸 코팅액을 제조할 수 있다. Meanwhile, in addition to the above method, the insoluble synthetic prussian blue nanoparticles are dispersed by a surface complexing agent and a polar solvent for several days by ball-milling to prepare a dispersion solution, and then directly mixed with a binder to form a sol coating solution. Can be prepared.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층 제조방법을 설명하는 공정 흐름도이다.2B is a process flowchart illustrating a method of manufacturing an electrochromic layer for a Prussian blue-containing electrochromic device according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 2b를 참조하면, 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 전기변색층은 불용성 프루시안블루(PB) 나노 입자를 합성하는 단계(S200), 상기 합성된 불용성 프루시안블루(PB) 나노 입자를 표면착화제 및 극성 용매와 볼-밀링하여 분산액을 제조하는 단계(S220), 상기 분산액을 바인더와 혼합하여 졸 코팅액을 제조하는 단계(S240), 상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계(S260) 및 상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판은 열처리하는 단계(S280)를 거쳐 제조된다. Referring to FIG. 2B, the electrochromic layer for the Prussian blue-containing electrochromic device synthesizes insoluble Prussian blue (PB) nanoparticles (S200) and surface complexes the synthesized insoluble Prussian blue (PB) nanoparticles. And preparing a dispersion by ball-milling with a polar solvent (S220), mixing the dispersion with a binder to prepare a sol coating solution (S240), and applying the sol coating solution on a flexible substrate having a transparent electrode layer formed thereon. (S260) and the flexible substrate to which the sol coating liquid is applied are manufactured through a heat treatment step (S280).

앞서 설명한 제조방법과 중복되는 단계에 대한 설명은 생략하기로 한다. 상기 불용성의 합성 프루시안블루 나노 입자를 표면착화제와 함께 극성 용매에 첨가한 후, 지르코니아 비드(zirconia bead)를 사용한 볼-밀링(ball-milling)을 수행하여 수일간 분산시킴으로써 분산액을 제조할 수 있다(S220). 이 때, 상기 표면착화제는 페로시안화포타슘(K4Fe(CN)6), 페로시안화나트륨(Na4Fe(CN)6) 및 페로시안화암모늄(NH4Fe(CN)6) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이거나, 또는 염화철(FeCl3), 과염소산철(Fe(ClO4)3) 및 질산철(Fe(NO3)3) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있으며, 상기 극성 용매는 수용성 무기용매 또는 수용성 유기용매일 수 있으며, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 에틸렌글리콜, 아세토니트릴을 포함하는 알코올류 및 니트릴류 중에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
The description of the steps duplicated with the above-described manufacturing method will be omitted. The insoluble synthetic Prussian blue nanoparticles may be added to a polar solvent together with a surface complexing agent, followed by ball-milling using zirconia beads to disperse for several days to prepare a dispersion. There is (S220). At this time, the surface complexing agent is at least selected from potassium ferrocyanide (K 4 Fe (CN) 6 ), sodium ferrocyanide (Na 4 Fe (CN) 6 ) and ammonium ferrocyanide (NH 4 Fe (CN) 6 ) Or any one selected from iron chloride (FeCl 3 ), iron perchlorate (Fe (ClO 4) 3 ) and iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ), and the polar solvent is a water-soluble inorganic solvent or a water-soluble solvent. It may be an organic solvent, and may be at least one selected from water, methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, alcohols including acetonitrile and nitriles.

프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 제작 Fabrication of Thin Film Electrodes for Prussian Blue-containing Electrochromic Devices

실시예 1: 불용성 프루시안블루 나노 입자의 합성Example 1 Synthesis of Insoluble Prussian Blue Nanoparticles

온도가 일정하게 유지되고 교반되는 0.3M 페로시안화포타슘 용액(K4Fe(CN)63H2O)에 동일부피의 0.4M 염화철() 용액(FeCl3 ?3H2O)을 천천히 첨가하여 침전되는 물질을 여과한 후, 수차례의 세척 과정을 거쳐 프루시안블루 나노 입자를 합성하였다. 이 때, 합성 온도를 각각 0℃, 25℃, 50℃, 80℃으로 유지하였다. 또한 상기의 과정을 통하여 합성된 프루시안블루 나노 입자의 특성 비교를 위하여 시판되는 프루시안블루 나노 입자(Double Band Chem PB27)를 준비하였다.
0.3M whose temperature is kept constant and equal volume of 0.4M solution of potassium ferrocyanide stirred iron () solution of the (K 4 Fe (CN) 6 3H 2 O) (FeCl 3? 3H 2 O) to that precipitated by the slow addition After filtering the material, the Prussian blue nanoparticles were synthesized through several washing processes. At this time, synthesis temperature was maintained at 0 degreeC, 25 degreeC, 50 degreeC, and 80 degreeC, respectively. In addition, a commercially available Prussian blue nanoparticle (Double Band Chem PB27) was prepared to compare the characteristics of the synthesized Prussian blue nanoparticles.

도 3은 실시예 1을 통해 각각의 합성 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자 및 시판되는 프루시안블루 나노 입자의 XRD 패턴들을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating XRD patterns of Prussian blue nanoparticles and commercially available Prussian blue nanoparticles synthesized at respective synthesis temperatures through Example 1. FIG.

도 3을 참조하면, XRD 패턴의 (200) 피크(peak)의 폭으로부터 산출한 프루시안블루 나노 입자의 크기는 합성 온도가 증가함에 따라 증가하나, 가장 높은 합성 온도인 80℃에서 약 23nm이므로, 시판되는(commercial) 프루시안블루 나노 입자의 크기가 66nm인 것과 비교하여 약 1/3의 크기를 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the size of the Prussian blue nanoparticles calculated from the width of the (200) peak of the XRD pattern increases as the synthesis temperature increases, but is about 23 nm at the highest synthesis temperature of 80 ° C., It can be seen that the commercial Prussian blue nanoparticles have a size of about one third as compared with the size of 66 nm.

도 4a는 실시예 1을 통해 0℃의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.4A is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 0 ° C. through Example 1. FIG.

도 4b는 실시예 1을 통해 25℃의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.4B is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 25 ° C. through Example 1. FIG.

도 4c는 실시예 1을 통해 50℃의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.4C is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 50 ° C. through Example 1. FIG.

도 4d는 실시예 1을 통해 80℃의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.4D is a TEM image of Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 80 ° C. through Example 1. FIG.

도 4e는 시판되는 프루시안블루 나노 입자의 TEM 이미지이다.4E is a TEM image of commercially available Prussian blue nanoparticles.

도 4a 및 도 4e를 참조하면, 0℃에서 80℃로 합성 온도가 증가할수록 프루시안블루 나노 입자의 크기가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 시판되는 프루시안블루 나노 입자와 비교하는 경우에는 축척상의 차이로 보더라도, 가장 높은 80℃의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자의 크기가 시판되는 프루시안블루 나노 입자보다 현저히 작은 것을 확인할 수 있다.4A and 4E, it can be seen that as the synthesis temperature increases from 0 ° C. to 80 ° C., the size of the Prussian blue nanoparticles increases, and when compared with commercially available Prussian blue nanoparticles, there is a difference in scale. Also, it can be seen that the size of the synthesized Prussian blue nanoparticles at the highest temperature of 80 ℃ is significantly smaller than the commercial Prussian blue nanoparticles.

도 5는 실시예 1을 통해 합성된 프루시안블루(PB) 나노 입자 및 시판되는 프루시안블루(commercial PB) 나노 입자의 TGA 그래프이다.FIG. 5 is a TGA graph of Prussian blue (PB) nanoparticles synthesized through Example 1 and commercial Prussian blue (commercial PB) nanoparticles.

도 5를 참조하면, 상기 TGA 그래프의 두번째 변이구간인 150℃ 내지 350℃의 온도범위로부터 산출한 프루시안블루(PB) 나노 입자의 수화도는 11 내지 14의 범위로, 합성 온도가 낮을수록 수화도가 높으며, 시판되는 프루시안블루(commercial PB) 나노 입자와 비교하였을 경우 대체로 낮은 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the degree of hydration of the Prussian blue (PB) nanoparticles calculated from the temperature range of 150 ° C. to 350 ° C., which is the second variation of the TGA graph, ranges from 11 to 14, and the lower the synthesis temperature, the more hydrated. It is found that the degree is high and generally low when compared with commercial Prussian blue (commercial PB) nanoparticles.

표 1에 상기의 실험 결과를 통해 산출된 값을 비교하여 나타내었다.Table 1 shows a comparison of the values calculated through the above experimental results.

합성온도(℃)Synthesis temperature (℃) 평균입자크기(nm)Average particle size (nm) 수화도Hydration degree 00 8.98.9 13.913.9 2525 12.912.9 13.413.4 5050 17.817.8 11.511.5 8080 22.722.7 11.511.5 시판(commercial)Commercial 66.066.0 14.114.1

상기의 결과를 종합하여 볼 때, 본 발명의 일 실시예에 의해 합성된 프루시안블루 나노 입자는 시판되는 프루시안블루 나노 입자와 비교하여 현저히 작은 입자 크기 및 낮은 수화도를 가짐을 알 수 있다.
From the above results, it can be seen that the Prussian blue nanoparticles synthesized by one embodiment of the present invention have a significantly smaller particle size and a lower degree of hydration than commercially available Prussian blue nanoparticles.

실시예Example 2: 가용성  2: availability 프루시안블루Prussian Blue 나노 입자의 합성  Synthesis of Nanoparticles

실시예 1을 통해 25℃의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자 10g을 물 100g에 넣고 페로시안화포타슘(K4Fe(CN)6?3H2O)) 1.0g을 첨가한 후, 1시간 초음파 분산하였으며, 24시간 교반하였다. 이후, 일부 용해되지 않은 프루시안블루 나노 입자는 거름종이로 거르고, 걸러진 용액에서 용매를 회전증발시킨 후, 진공건조기에서 70℃로 24시간 건조하여 가용성 프루시안블루 나노 입자를 합성하였다.
Examples 1 through into the prussian blue nanoparticles 10g synthesis at a temperature of 25 ℃ in water 100g potassium ferrocyanide (K 4 Fe (CN) 6 ? 3H 2 O)) followed by the addition of 1.0g, one ultrasonic sigan It was dispersed and stirred for 24 hours. Thereafter, some undissolved Prussian blue nanoparticles were filtered through a filter paper, and the solvent was evaporated in a filtered solution, followed by drying at 70 ° C. for 24 hours in a vacuum dryer to synthesize soluble Prussian blue nanoparticles.

실시예Example 3:  3: 프루시안블루Prussian Blue 함유 코팅액의 제조 및  Preparation of a coating liquid and

이를 이용한 전기변색 소자용 박막 전극의 제작Fabrication of thin film electrode for electrochromic device using the same

실시예 2를 통해 25℃의 온도에서 합성된 가용성 프루시안블루 나노 입자 0.4g을 10ml의 수용성 메탄올(H2O: MeOH = 1:3 v/v) 용매에 녹이고, 테트라에톡시실란(TEOS) 1.35ml을 첨가하여 균일 혼합한 후, 1.0M의 HCl 0.1ml를 첨가하고 20시간 상온에서 교반하여 코팅액을 제조하였다. 상기의 코팅액을 면적이 10×10㎝2 인 ITO(100Ω/□)가 도포된 PET 기판에 바코터로 코팅한 후, 130℃에서 5분간 열처리하여 프루시안블루가 함유된 전기변색 소자용 전극을 제작하였다. 이 때, 형성된 박막의 두께는 140nm였다.0.4 g of the soluble Prussian blue nanoparticles synthesized at a temperature of 25 ° C. through Example 2 was dissolved in 10 ml of a water-soluble methanol (H 2 O: MeOH = 1: 3 v / v) solvent, and tetraethoxysilane (TEOS) After adding 1.35 ml and uniformly mixing, 0.1 ml of 1.0 M HCl was added and stirred at room temperature for 20 hours to prepare a coating solution. The coating solution was coated on a PET substrate coated with ITO (100Ω / □) having an area of 10 × 10 cm 2 , and then heat-treated at 130 ° C. for 5 minutes to produce an electrode for electrochromic devices containing prussian blue. Produced. At this time, the thickness of the formed thin film was 140 nm.

도 6은 실시예 3을 통해 제조된 프루시안블루 함유 박막의 SEM 이미지이다.6 is an SEM image of the prussian blue-containing thin film prepared through Example 3. FIG.

도 6을 참조하면, 실시예 3을 통해 제조된 프루시안블루 함유 박막은 다공질이며, 균일하게 형성되었음을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 6, it can be seen that the Prussian blue-containing thin film prepared in Example 3 is porous and uniformly formed.

실시예Example 4:  4: 프루시안블루Prussian Blue 함유 코팅액의 제조 및  Preparation of a coating liquid and

이를 이용한 전기변색 소자용 박막 전극의 제작Fabrication of thin film electrode for electrochromic device using the same

실시예 1을 통해 25℃의 온도에서 합성된 프루시안블루 나노 입자 0.4g과 페로시안화포타슘(K4Fe(CN)6?3H2O)) 0.07g을 10ml의 수용성 메탄올(H2O: MeOH = 1:2.3 v/v) 용매에 녹이고, 지르코니아 비드(zirconia bead)와 함께 3일간 볼-밀링(ball-milling)한 후, 이에 테트라에톡시실란(TEOS) 1.35ml와 1.0M의 HCl 0.1ml를 첨가하고 18시간동안 볼-밀링하여 코팅액을 제조하였다. 상기의 코팅액을 면적이 10×10㎝2 인 ITO(100Ω/□)가 도포된 PET 기판에 바코터로 코팅한 후, 130℃에서 5분간 열처리하여 프루시안블루가 함유된 전기변색 소자용 전극을 제작하였다. 이 때, 형성된 박막의 두께는 110nm였다. 상기의 제작 방법은 실시예 2를 통한 가용성 프루시안블루 나노 입자의 합성 단계를 생략할 수 있어 간편하고 용이한 이점이 있다.
Example 1 prussian blue nanoparticles and 0.4g of potassium ferrocyanide synthesis at a temperature of 25 ℃ through (K 4 Fe (CN) 6 3H 2 O?)) Of the aqueous methanol 10ml 0.07g (H 2 O: MeOH = 1: 2.3 v / v) dissolved in solvent, ball-milled with zirconia beads for 3 days, followed by 1.35 ml of tetraethoxysilane (TEOS) and 0.1 ml of 1.0 M HCl. The coating solution was prepared by adding and ball-milling for 18 hours. The coating solution was coated on a PET substrate coated with ITO (100Ω / □) having an area of 10 × 10 cm 2 , and then heat-treated at 130 ° C. for 5 minutes to produce an electrode for electrochromic devices containing prussian blue. Produced. At this time, the thickness of the formed thin film was 110 nm. The manufacturing method can omit the step of synthesizing the soluble Prussian blue nanoparticles through the second embodiment has a simple and easy advantage.

비교예Comparative example : 전기화학적 증착 방법에 의한 : By electrochemical deposition method

프루시안블루Prussian Blue 함유 전기변색 소자용 전극의 제작  Preparation of Electrode for Containing Electrochromic Device

0.02M 페리시안화포타슘(K3Fe(CN)6) 용액과 0.02M 염화철(FeCl3) 용액을 준비하고, 0.1M KCl 용액을 전해질 용액으로 준비하여 코팅하고자 하는 2×1cm2 PET/ITO(100Ω/□) 전극과 백금 상대전극에 25μA/cm2 의 산화전류를 600초간 흘려주어 프루시안블루 함유 박막 전극을 제작하였다. 형성된 박막의 두께는 120nm였다.
Prepare a 0.02M potassium ferricyanide (K 3 Fe (CN) 6 ) solution and a 0.02M ferric chloride (FeCl 3 ) solution, and prepare a 0.1M KCl solution as an electrolyte solution to coat 2 × 1 cm 2 . A Prussian blue-containing thin film electrode was manufactured by flowing an oxidation current of 25 µA / cm 2 for 600 seconds to a PET / ITO (100Ω / □) electrode and a platinum counter electrode. The formed thin film was 120 nm thick.

도 7은 비교예를 통해 제조된 프루시안블루 함유 박막의 SEM 이미지이다.FIG. 7 is an SEM image of a Prussian blue-containing thin film prepared through a comparative example. FIG.

도 7을 참조하면, 비교예를 통해 제조된 프루시안블루 함유 박막은 120nm의 두께를 가지므로, 실시예 3을 통하여 제조된 프루시안블루 함유 박막의 두께인 140nm보다 얇음에도 불구하고, 박막에 균열이 생겨 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, since the Prussian blue-containing thin film manufactured by the comparative example has a thickness of 120 nm, the thin film is cracked even though it is thinner than 140 nm, which is the thickness of the Prussian blue-containing thin film prepared through Example 3 You can see that there is.

프루시안블루Prussian Blue 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 산화-환원 특성 및  Redox Characteristics of Thin Film Electrodes for Containing Electrochromic Devices and

이에 따른 분광학적 특성 평가Spectroscopic evaluation

상기 실시예 1 및 실시예 2를 통하여 제조한 프루시안블루 나노 입자를 사용하여 실시예 3 및 실시예 4를 통하여 제작된 프루시안블루 함유 박막을 작업전극으로 사용하고, SCE(Sat'd Calmel Electrode)를 기준전극으로, 백금(Pt)을 대전극으로 사용하여 0.1M KCl 수용성 전해질 용액과 0.1M LiClO4 비수용성 전해질 용액에서 분광전기화학적 전지를 구성함으로써 산화-환원 특성과 산화-환원에 따른 분광학적 특성을 비교, 분석하였다. Using the Prussian blue-containing thin film prepared in Examples 3 and 4 using the Prussian blue nanoparticles prepared in Examples 1 and 2 as a working electrode, SCE (Sat'd Calmel Electrode) ) As the reference electrode and platinum (Pt) as the counter electrode, 0.1M KCl aqueous electrolyte solution and 0.1M LiClO 4 The oxidation-reduction characteristics and the spectroscopic characteristics of oxidation-reduction were compared and analyzed by constructing a spectroelectrochemical cell in a non-aqueous electrolyte solution.

상기의 산화-환원 특성은 10mV/s의 주사속도로 순환 전압-전류법(cyclic voltammetry)으로 측정하였으며, 산화-환원에 따른 분광학적 특성은 +0.8V로 10초간, -0.8V로 10초간 교대로 스텝 준위(step potential)를 스위칭하여 시간에 따른 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 스펙트럼 변화를 측정하였다.The oxidation-reduction characteristics were measured by cyclic voltammetry at a scanning speed of 10 mV / s, and the spectroscopic characteristics according to the oxidation-reduction were alternated at + 0.8V for 10 seconds and at -0.8V for 10 seconds. The spectral change of the thin film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device was measured by switching the step potential with.

도 8a는 실시예 3을 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.FIG. 8A is a cyclic voltammogram of a water-soluble electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 3. FIG.

도 8b는 실시예 3을 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 비수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.FIG. 8B is a cyclic voltammogram of a non-aqueous electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 3. FIG.

도 9a는 실시예 4를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.FIG. 9A is a cyclic voltammogram of a water-soluble electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 4. FIG.

도 9b는 실시예 4를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 비수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.FIG. 9B is a cyclic voltammogram of a non-aqueous electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Example 4. FIG.

도 10a는 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.FIG. 10A is a cyclic voltammogram of a water-soluble electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through a comparative example. FIG.

도 10b는 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 비수용성 전해질 용액에서의 순환 전압-전류 그래프(cyclic voltammogram)이다.FIG. 10B is a cyclic voltammogram of a non-aqueous electrolyte solution of a thin film electrode for a Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through a comparative example.

도 8a 내지 도 10b를 참조하면, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예를 통하여 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 수용성 및 비수용성 전해질 용액에서 측정된 2회째 및 100회째의 순환 그래프가 나타난다. 도 8a 내지 도 8b 및 도 9a 내지 도 9b에 도시된 바와 같이, 2회째 및 100회째의 순환 그래프에 큰 차이가 없는 것으로 보아 실시예 3 및 실시예 4의 양자 모두 100회 순환까지 매우 안정적인 가역성을 보여주고 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIGS. 8A to 10B, the second and 100th cycles measured in the water-soluble and non-aqueous electrolyte solution of the thin-film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Examples 3, 4 and Comparative Examples The graph appears. As shown in Figs. 8A to 8B and 9A to 9B, there is no significant difference in the second and the 100th cycle graphs, so that both of Example 3 and Example 4 have very stable reversibility up to 100 cycles. You can see that it is showing.

이에 반하여, 도 10a 내지 도 10b에 도시된 바와 같이, 비교예를 통하여 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극은 수용성 전해질 용액에서는 10회만에 약 80%의 감소율을 나타내었으며, 비수용성 전해질 용액에서는 100회 만에 약 90% 이상 감소율을 나타내었다.On the contrary, as shown in FIGS. 10A to 10B, the thin-film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device manufactured by Comparative Example showed a reduction rate of about 80% in 10 times in the aqueous electrolyte solution, and the water-insoluble electrolyte. The solution showed a reduction of about 90% or more in 100 cycles.

따라서, 이를 통하여 종래의 전기화학적 증착 방법으로 제작된 프루시안블루 함유 박막 전극의 경우 수용성 전해질에서는 거의 사용이 불가능하며, 비수용성 전해질 수용액에서조차 내구성이 매우 저하되는 반면, 본 발명에 따라 제작된 프루시안블루 함유 박막 전극의 경우 수용성과 비수용성 전해질 용액의 구별 없이 매우 우수한 내구성을 가짐을 알 수 있다. Therefore, the Prussian blue-containing thin film electrode manufactured by the conventional electrochemical deposition method is almost impossible to use in the water-soluble electrolyte, and even in the aqueous solution of the non-aqueous electrolyte, the durability is very low, whereas the Prussian produced in accordance with the present invention In the case of the blue-containing thin film electrode, it can be seen that it has very excellent durability without distinguishing between a water-soluble and a water-insoluble electrolyte solution.



제조 방법


Manufacturing method


박막의 두께
(nm)


Thin film thickness
(nm)

산화-환원시 이동전하량
(mC/cm2)

Transfer charge during oxidation-reduction
(mC / cm 2 )

응답시간(s)*

Response time (s) *

광투과율(%)
at 690nm

Light transmittance (%)
at 690 nm
at -0.8Vat -0.8V at +0.8Vat + 0.8V at -0.8Vat -0.8V at +0.8Vat + 0.8V 실시예 3Example 3 140140 5.65.6 4.74.7 3.63.6 30.730.7 87.887.8 실시예 4Example 4 110110 5.35.3 4.64.6 3.73.7 31.731.7 90.790.7 비교예Comparative example 120120 6.46.4 5.55.5 4.84.8 31.731.7 96.796.7

*응답시간: 최대투과율과 최소투과율의 75%에 이르는데 걸리는 시간* Response Time: Time to reach 75% of maximum and minimum transmittance

또한 순환 전압-전류 그래프로부터 산출한 초기 산화-환원에 따른 이동 전하량을 비교하면, 실시예 3, 실시예 4 및 비교예 모두 유사한 두께의 박막임에도 불구하고, 실시예 3 및 실시예 4에 비하여 비교예의 경우 더 많은 전하의 이동이 있는 것을 확인할 수 있는 바, 이는 이들 박막의 광투과율의 변화가 유사하다면 비교예의 경우 착?탈색 시에 더 많은 에너지를 소비하여야 함을 나타낸다.In addition, when comparing the amount of mobile charge according to the initial oxidation-reduction calculated from the cyclic voltage-current graph, compared to Example 3 and Example 4, although Example 3, Example 4 and Comparative Example are all thin films of similar thickness In the case of the example, it can be seen that there is more transfer of charges, which indicates that the change of the light transmittance of these thin films is similar, and the comparative example should consume more energy during color fading and discoloration.

도 11은 실시예 3, 4 및 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극에 스위칭 스텝 전위(switching step potential)를 각각 인가하였을 경우의 산화 및 환원 전류의 시간에 따른 변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 11 illustrates changes in time of oxidation and reduction currents when switching step potentials are applied to the thin film electrodes for the Prussian blue-containing electrochromic devices manufactured according to Examples 3, 4, and Comparative Examples. It is a graph.

도 11을 참조하면, 실시예 3, 4 및 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극에 ±0.8V(vs SCE)의 스위칭 전위를 10초간 가하였으며, 실시예 3 및 4에 비하여 비교예의 산화 및 환원 전류의 변화 시간이 약 1.5배 더 긴 것을 확인할 수 있다. 이를 통하여 유사한 두께의 박막에서 본 발명에 의하여 제작된 프루시안블루 함유 전기변색용 박막 전극의 변색 속도가 종래의 전기 화학적 증착 방법에 의하여 제조된 프루시안블루 함유 전기변색용 박막 전극의 변색 속도에 비해 빠름을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, a switching potential of ± 0.8 V (vs SCE) was applied to the thin film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device manufactured by Examples 3 and 4 and Comparative Example for 10 seconds. Examples 3 and 4 It can be seen that the change time of the oxidation and reduction current of the comparative example is about 1.5 times longer than that of the comparative example. Through this, the discoloration rate of the prussian blue-containing electrochromic thin film electrode manufactured by the present invention in a thin film having a similar thickness was compared to that of the prussian blue-containing electrochromic thin film electrode manufactured by the conventional electrochemical deposition method. You can see how fast.

도 12는 실시예 3, 4 및 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극의 스위칭 전위(switching potential) 변화에 따른 최대흡광 파장에서의 광투과율 변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 12 is a graph illustrating changes in light transmittance at maximum absorption wavelengths according to switching potentials of the thin film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device manufactured through Examples 3, 4 and Comparative Examples.

도 12를 참조하면, 최대흡광 파장은 690nm이며, 실시예 3, 4를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극에 각각 스위칭 전위를 인가하였을 경우 착?탈색시의 광투과율 변화 시간이 비교예를 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극에 비해 빠른 것을 확인할 수 있으며, 광투과율은 착색시 약 30%, 탈색시 약 90%로 큰 차이가 없는 것으로 나타난 바, 이는 박막의 두께가 유사함에 기인한다. Referring to FIG. 12, the maximum absorption wavelength is 690 nm, and when the switching potential is applied to the thin film electrodes for the Prussian blue-containing electrochromic devices manufactured according to Examples 3 and 4, the light transmittance change time at the time of desorption and decolorization is It can be seen that it is faster than the prussian blue-containing electrochromic thin film electrode manufactured by the comparative example, and the light transmittance is about 30% when colored and about 90% when decolorized. This is due to the similar thickness.

이를 통하여 본 발명에 의하여 제작된 프루시안블루 함유 전기변색용 박막 전극은 종래의 전기 화학적 증착 방법에 의하여 제조된 프루시안블루 함유 전기변색용 박막 전극과 착?탈색 시에 유사한 광투과율을 가지면서 변색 시간이 더 짧고, 변색 에너지 효율은 더 높은 것을 알 수 있다. Through this, the prussian blue-containing electrochromic thin film electrode manufactured according to the present invention is discolored while having similar light transmittance upon coloration and decolorization with the prussian blue-containing electrochromic thin electrode manufactured by a conventional electrochemical deposition method. It can be seen that the time is shorter and the discoloration energy efficiency is higher.

도 13은 실시예 3을 통해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극에 각각 스위칭 스텝 전위(switching step potential)를 인가하였을 경우 스위칭 전위(switching potential)의 순환 횟수에 따른 최대흡광 파장에서 측정된 광투과율의 최대값과 최소값의 변화를 나타내는 그래프이다.13 is measured at the maximum absorption wavelength according to the number of cycles of switching potential when switching step potential is applied to the thin film electrode for the Prussian blue-containing electrochromic device manufactured in Example 3, respectively It is a graph showing the change of the maximum value and the minimum value of the transmitted light transmittance.

도 13을 참조하면, 최대흡광 파장은 690nm이며, 30,000회의 착색(colored) 및 탈색(bleached) 변환이 이루어진 후에도 광투과율 변화가 매우 적은 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 의해 제작된 프루시안블루 함유 전기변색 소자용 박막 전극은 우수한 장기 내구성을 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 13, the maximum absorption wavelength is 690 nm, and it is confirmed that the light transmittance change is very small even after 30,000 colored and bleached conversions are performed. Therefore, it can be seen that the thin film electrode for prussian blue-containing electrochromic device manufactured according to the present invention has excellent long-term durability.

100: 유연성 기판 200: 투명전극층
300: 전기변색층
100: flexible substrate 200: transparent electrode layer
300: electrochromic layer

Claims (23)

불용성 프루시안블루 나노 입자를 합성하는 단계;
상기 합성된 불용성 프루시안블루 나노 입자의 표면전하를 증가시켜 극성 용매에서의 가용성을 부여하는 단계;
상기 가용성이 부여된 프루시안블루 나노 입자를 바인더 및 극성 용매와 혼합하여 졸 코팅액을 제조하는 단계;
상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계; 및
상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 전기변색층 제조방법.
Synthesizing insoluble prussian blue nanoparticles;
Increasing the surface charge of the synthesized insoluble Prussian blue nanoparticle to impart solubility in a polar solvent;
Preparing a sol coating solution by mixing the soluble Prussian blue nanoparticles with a binder and a polar solvent;
Applying the sol coating liquid onto a flexible substrate having a transparent electrode layer formed thereon; And
Electrochromic layer manufacturing method comprising the step of heat-treating the flexible substrate coated with the sol coating liquid.
불용성 프루시안블루 나노 입자를 합성하는 단계;
상기 합성된 불용성 프루시안블루 나노 입자를 표면착화제 및 극성 용매와 볼-밀링하여 분산액을 제조하는 단계;
상기 분산액을 바인더와 혼합하여 졸 코팅액을 제조하는 단계;
상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계; 및
상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 전기변색층 제조방법.
Synthesizing insoluble prussian blue nanoparticles;
Preparing a dispersion by ball-milling the synthesized insoluble Prussian blue nanoparticles with a surface complexing agent and a polar solvent;
Mixing the dispersion with a binder to prepare a sol coating solution;
Applying the sol coating liquid onto a flexible substrate having a transparent electrode layer formed thereon; And
Electrochromic layer manufacturing method comprising the step of heat-treating the flexible substrate coated with the sol coating liquid.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 불용성 프루시안블루 나노 입자를 합성하는 단계는, 일정 온도에서 페로시안화 이온([Fe(CN)6]4-)이 포함된 제1 시약 및 철 이온(Fe3 +)이 포함된 제2 시약을 혼합 후 침전시키는 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
Synthesizing the insoluble Prussian blue nanoparticles, the first reagent containing the ferrocyanide ions ([Fe (CN) 6 ] 4- ) and the second reagent containing iron ions (Fe 3 + ) at a predetermined temperature Electrochromic layer manufacturing method characterized in that the precipitate after mixing.
제3항에 있어서,
상기 제1 시약은 페로시안화포타슘(K4Fe(CN)6), 페로시안화나트륨(Na4Fe(CN)6) 또는 페로시안화암모늄(NH4Fe(CN)6)인 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method of claim 3,
The first reagent is electrochromic, characterized in that potassium ferrocyanide (K 4 Fe (CN) 6 ), sodium ferrocyanide (Na 4 Fe (CN) 6 ) or ammonium ferrocyanide (NH 4 Fe (CN) 6 ) Layer manufacturing method.
제3항에 있어서,
상기 제2 시약은 염화철(FeCl3), 과염소산철(Fe(ClO4)3) 또는 질산철(Fe(NO3)3)인 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method of claim 3,
The second reagent is iron chloride (FeCl 3 ), iron perchlorate (Fe (ClO 4) 3 ) or iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ) characterized in that the electrochromic layer manufacturing method.
제3항에 있어서,
상기 일정 온도는 0℃ 내지 80℃의 범위에서 조절하며, 상기 온도 조절을 통하여 합성되는 상기 프루시안블루 나노 입자의 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method of claim 3,
The predetermined temperature is controlled in the range of 0 ℃ to 80 ℃, electrochromic layer manufacturing method characterized in that for changing the size of the Prussian blue nanoparticles synthesized through the temperature control.
제6항에 있어서,
상기 합성된 프루시안블루 나노 입자는 10nm 내지 30nm의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method according to claim 6,
The synthesized Prussian blue nanoparticles are electrochromic layer manufacturing method characterized in that it has a size of 10nm to 30nm.
제1항에 있어서,
상기 극성 용매에서의 가용성을 부여하는 단계는, 불용성의 프루시안블루 나노 입자에 극성 용매 및 표면착화제를 첨가한 후 건조시키는 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method of claim 1,
The step of imparting solubility in the polar solvent, an electrochromic layer manufacturing method characterized in that the insoluble Prussian blue nanoparticles are added to the polar solvent and the surface complexing agent and then dried.
제2항 또는 제8항에 있어서,
상기 표면착화제는 페로시안화포타슘(K4Fe(CN)6), 페로시안화나트륨(Na4Fe(CN)6) 및 페로시안화암모늄(NH4Fe(CN)6) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나이거나, 또는 염화철(FeCl3), 과염소산철(Fe(ClO4)3) 및 질산철(Fe(NO3)3) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
9. The method according to claim 2 or 8,
The surface complexing agent may be at least one selected from potassium ferrocyanide (K 4 Fe (CN) 6 ), sodium ferrocyanide (Na 4 Fe (CN) 6 ), and ammonium ferrocyanide (NH 4 Fe (CN) 6 ). Or at least one selected from iron chloride (FeCl 3 ), iron perchlorate (Fe (ClO 4) 3 ), and iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 극성 용매는 수용성 무기용매 또는 수용성 유기용매인 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The polar solvent is a water-soluble inorganic solvent or a water-soluble organic solvent, characterized in that the electrochromic layer production method.
제8항에 있어서,
상기 첨가되는 표면착화제의 양은 100 중량부의 프루시안블루 나노 입자당 10 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
9. The method of claim 8,
The amount of the surface complexing agent added is an electrochromic layer production method, characterized in that 10 to 15 parts by weight per 100 parts by weight of Prussian blue nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 바인더는 실란 화합물을 전구체로 사용하는 알콕시실란계 바인더인 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The binder is an alkoxysilane-based binder using a silane compound as a precursor, characterized in that the electrochromic layer production method.
제12항에 있어서,
상기 실란 화합물은 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 디페틸이메톡시실란 및 데실트리메톡시실란 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method of claim 12,
The silane compound is tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, difetylimethoxysilane and decyl The method for producing an electrochromic layer, characterized in that at least one selected from trimethoxysilane.
제1항에 있어서,
상기 졸 코팅액은 프루시안블루 나노입자 2 내지 10 중량부, 바인더 5 내지 10 중량부 및 극성 용매 80-90 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method of claim 1,
The sol coating solution is 2 to 10 parts by weight of Prussian blue nanoparticles, 5 to 10 parts by weight of the binder and 80 to 90 parts by weight of a polar solvent, characterized in that the electrochromic layer manufacturing method.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계는 바코팅, 스프레이 코팅, 그라비아 코팅 및 마이크로 그라비아 코팅 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The step of applying the sol coating solution on a flexible substrate having a transparent electrode layer is electrochromic layer manufacturing method characterized in that the at least one selected from bar coating, spray coating, gravure coating and micro gravure coating.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 유연성 기판은 PET(polyethylenephthalate), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone) 및 PC(polycarbonate) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The flexible substrate is a method of manufacturing a thin film electrode for an electrochromic device, characterized in that at least one selected from PET (polyethylenephthalate), PEN (polyethylenenaphthalate), PES (polyethersulfone) and PC (polycarbonate).
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판은 열처리하는 단계는 70℃내지 130℃의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전기변색층 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The heat treatment of the flexible substrate coated with the sol coating liquid is electrochromic layer manufacturing method, characterized in that performed in a temperature range of 70 ℃ to 130 ℃.
유연성 기판을 제공하는 단계;
상기 유연성 기판 상에 투명 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 투명 전극층 상에 전기변색층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전기변색층은 프루시안블루 나노입자가 포함된 졸 코팅액을 사용하여 형성하는 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법.
Providing a flexible substrate;
Forming a transparent electrode layer on the flexible substrate; And
Forming an electrochromic layer on the transparent electrode layer;
The electrochromic layer is a method of manufacturing a thin film electrode for an electrochromic device formed using a sol coating solution containing Prussian blue nanoparticles.
제18항에 있어서,
상기 전기변색층을 형성하는 단계는,
불용성 프루시안블루 나노 입자를 합성하는 단계;
상기 합성된 불용성 프루시안블루 나노 입자의 표면전하를 증가시켜 극성 용매에서의 가용성을 부여하는 단계;
상기 가용성이 부여된 프루시안블루 나노 입자를 바인더 및 극성 용매와 혼합하여 졸 코팅액을 제조하는 단계;
상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계; 및
상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법.
19. The method of claim 18,
Forming the electrochromic layer,
Synthesizing insoluble prussian blue nanoparticles;
Increasing the surface charge of the synthesized insoluble Prussian blue nanoparticle to impart solubility in a polar solvent;
Preparing a sol coating solution by mixing the soluble Prussian blue nanoparticles with a binder and a polar solvent;
Applying the sol coating liquid onto a flexible substrate having a transparent electrode layer formed thereon; And
The method of manufacturing a thin film electrode for an electrochromic device comprising the step of heat-treating the flexible substrate coated with the sol coating liquid.
제18항에 있어서,
상기 전기변색층을 형성하는 단계는,
불용성 프루시안블루 나노 입자를 합성하는 단계;
상기 합성된 불용성 프루시안블루 나노 입자를 표면착화제 및 극성 용매와 볼-밀링하여 분산액을 제조하는 단계;
상기 분산액을 바인더와 혼합하여 졸 코팅액을 제조하는 단계;
상기 졸 코팅액을 투명 전극층이 형성된 유연성 기판 상에 도포하는 단계; 및
상기 졸 코팅액이 도포된 유연성 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 전기변색층 소자용 박막 전극의 제조방법.
19. The method of claim 18,
Forming the electrochromic layer,
Synthesizing insoluble prussian blue nanoparticles;
Preparing a dispersion by ball-milling the synthesized insoluble Prussian blue nanoparticles with a surface complexing agent and a polar solvent;
Mixing the dispersion with a binder to prepare a sol coating solution;
Applying the sol coating liquid onto a flexible substrate having a transparent electrode layer formed thereon; And
Method of manufacturing a thin film electrode for electrochromic layer device comprising the step of heat-treating the flexible substrate coated with the sol coating liquid.
제18항에 있어서,
상기 유연성 기판은 PET(polyethylenephthalate), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone) 및 PC(polycarbonate) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The flexible substrate is a method of manufacturing a thin film electrode for an electrochromic device, characterized in that at least one selected from PET (polyethylenephthalate), PEN (polyethylenenaphthalate), PES (polyethersulfone) and PC (polycarbonate).
제18항에 있어서,
상기 투명 전극층은 ITO 또는 FTO인 것을 특징으로 하는 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The transparent electrode layer is a method of manufacturing a thin film electrode for electrochromic device, characterized in that ITO or FTO.
제18항에 있어서,
상기 투명 전극층 상에 상기 졸 코팅액을 도포하여 전기변색층을 형성하는 단계는 롤투롤 형태로 코팅되는 바코팅, 스프레이 코팅, 그라비아 코팅 및 마이크로 그라비아 코팅 중에서 선택되는 적어도 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 전기변색 소자용 박막 전극의 제조방법.
19. The method of claim 18,
The electrochromic layer is formed by applying the sol coating solution on the transparent electrode layer, wherein the electrochromic layer is formed by at least one selected from among bar coating, spray coating, gravure coating, and micro gravure coating. Method of manufacturing a thin film electrode for a color change device.
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